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-1-2008/8/28「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」程式使用案例介紹本文簡介鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及如何配合ETABS8.x版結構分析軟體進行耐震能力評估。目前鋼筋混凝土建築物之耐震能力詳細評估,大都依據內政部建築研究所於民國88年12月印行之「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」專題研究計畫成果報告內之詳細評估法。民國92年2月台灣省結構工程技師公會編著出版「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊」及評估應用程式TSRC1,配合ETABS6.2版結構分析程式,使評估流程及使用更為簡便。個人有感於近年來ETABS已更新版本多時,為能使評估程式亦能與新版ETABS相結合,撰寫了相關視窗版程式,希望使鋼筋混凝土建築物耐震能力詳評更有效率,節省詳評的時間。1.耐震設計法規耐震設計法規耐震設計法規耐震設計法規早期耐震設計規範較不完備,「建築技術規則」自63年2月頒佈以後才開始有地震力相關規定,在此之前的耐震設計並無規定。到了71年6月,「建築技術規則」有關地震力及鋼筋混凝土結構物的韌性設計做了大幅度的修正。78年5月根據75年11月15日地震的研究發現,對台北盆地的震力係數做了修正。86年5月頒佈「建築物耐震設計規範」,地震力的相關規定及計算更趨精準。民國63年,「建築技術規則」開始規範建築物結構設計需將地震力作用納入考量,V=KCW。民國71年,「建築技術規則」對於地震力及鋼筋混凝土結構物的韌性設計,做了大幅度的修正,於地震力加入重要係數I,針對建築物用途之耐震力做區隔,V=ZKCIW。民國86年,「建築物耐震設計規範」公佈,大幅改變地震力計算方式使地震力的計算更為精準,加入建築物本身韌性考量,V=muyFCZIα4.1W。-2-2008/8/28民國89年於921地震後,重新調整震區劃分及震譜修正。民國95年1月更導入地震危害度之觀念重新修正設計地震力,考慮地震微分區及近斷層效應。V=muaDyFSIα4.1W。以台南市某大學某棟民國八十六年建造八十六年建造八十六年建造八十六年建造之建物為例[6]民國71年至96年之最小水平地震總橫力比較71年規範86年規範96年修訂規範V=0.150WV=0.137WV=0.198W2.耐震能力評估標準耐震能力評估標準耐震能力評估標準耐震能力評估標準SaD:工址設計水平譜加速度係數,為工址水平向之設計譜加速度與重力加速度g之比值。代表結構物在設計地震所引致的工址絕對水平譜加速度係數,代表之意義為86年版規範年版規範年版規範年版規範中工址水平加速度係數Z與工址正規化正規化正規化正規化水平加速度反應譜係數C之乘積,即SaD=ZC各類地盤水平向正規化加速度反應譜係數與週期之關係C值地盤種類極短週期較短週期短週期中週期長週期第一類地盤T≤0.03秒C=1.00.03秒≤T≤0.15秒C=12.5T+0.6250.15秒≤T≤0.333秒C=2.50.333秒≤T≤1.315秒C=1.2/T2/3T≥1.315秒C=1.0第二類地盤T≤0.03秒C=1.00.03秒≤T≤0.15秒C=12.5T+0.6250.15秒≤T≤0.465秒C=2.50.465秒≤T≤1.837秒C=1.5/T2/3T≥1.837秒C=1.0第三類地盤T≤0.03秒C=1.00.03秒≤T≤0.2秒C=8.824T+0.73520.2秒≤T≤0.611秒C=2.50.611秒≤T≤2.415秒C=1.8/T2/3T≥2.415秒C=1.0台北盆地T≤0.03秒C=1.00.03秒≤T≤0.2秒C=5.882T+0.8240.2秒≤T≤1.65秒C=2.01.65秒≤T≤3.3秒C=3.3/TT≥3.3秒C=1.0-3-2008/8/2800.511.522.533.500.511.522.53T(sec)CSite1Site2Site3Teipei規範表規範表規範表規範表2-1規範表規範表規範表規範表2-2台南市台南市台南市台南市DSSDS1MSSMS1aFvF東區東區東區東區0.70.40.90.51.11.6DSS:震區短週期與之設計水平譜加速度係數DS1:震區一秒週期設計水平譜加速度係數MSS:震區短週期之最大考量水平譜加速度係數MS1:震區一秒週期之最大考量水平譜加速度係數-4-2008/8/28規範表2-2(a)短週期結構之工址放大係數Fa(線性內插求值)震區短週期水平譜加速度係數SS(DSS或MSS)地盤分類SS≤0.5SS=0.6SS=0.7SS=0.8SS≥0.9第一類地盤1.01.01.01.01.0第二類地盤1.11.11.01.01.0第三類地盤1.21.21.11.01.0規範表2-2(b)長週期結構之工址放大係數Fv(線性內插求值)震區一秒週期水平譜加速度係數S1(DS1或MS1)地盤分類S1≤0.30S1=0.35S1=0.40S1=0.45S1≥0.50第一類地盤1.01.01.01.01.0第二類地盤1.51.41.31.21.1第三類地盤1.81.71.61.51.48.099.0;64.077.01111========MvMMSaMSDvDDSaDSSFSSFSSFSSFS規範(2-4)Z=0.4SDS=0.4*0.77=0.308建築物用途係數建築物用途係數建築物用途係數建築物用途係數I=1.25耐震評估標準耐震評估標準耐震評估標準耐震評估標準Ac=ZI=0.385g-5-2008/8/283.耐震能力評估法耐震能力評估法耐震能力評估法耐震能力評估法(1)民國80年及85年,內政部先後完成兩個版本之耐震評估手冊。85年出版之「既有鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊」,係以崩塌地表加速度Ac來代表建物之耐震能力,共分「初步評估法」、「詳細評估法」及「詳細分析評估法」等三種評估方法。i.初步評估法:假設其破壞為建物最底層之剪力破壞,無法反應真正的結構破壞行為。ii.詳細評估法:依據形狀係數、經年係數、韌性係數及降伏後地表加速度詳細計算建物各層兩主軸方向之崩塌地表加速度,其破壞模式共分極脆性柱、剪力柱、剪力牆、撓性柱、撓曲牆、撓曲樑控制型之柱、剪力樑控制型之柱、迴轉牆等8種,根據不同的破壞模式各有其對應之韌性指標,最後可計算出建物之崩塌地表加速度值。iii.詳細分析評估法:採非線性結構分析的方式,較為繁雜耗時。(2)民國88年12月,內政部建築研究所出版「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估法及推廣」專題研究計畫成果報告,將鋼筋混凝土建築物耐震能力評估分成「初步評估」與「詳細評估」兩種層次。i.初步評估法基本上初步評估法係針對建築物整體做一簡單的評估,只能做為初步判定建物是否需進行詳細評估之依據,仍無法直接提供補強設計之用。1.初步評估表:以建物之設計年度、地盤種類、工址震區加速度係數、地下室面積比、基礎型式、基地土壤承載力、梁之跨深比、柱之高深比、牆量指標、窗台或氣窗造成短柱嚴重性、磚牆造成短梁嚴重性、軟弱層顯著性、平面對稱性、立面對稱性、變形程度、裂縫銹蝕滲水等程度、屋齡及屋頂加載程度等18-6-2008/8/28項影響耐震能力最重要的因素有不同配分,總分為100分。將各項權數乘以配分可得到各項之危險度評分,如果危險度評分大於60分則該建物耐震能力確有疑慮,應立即進行詳細評估,介於30至60分之間者,表示其耐震能力有疑慮,近期宜進行詳細評估評估,若低於30分,則表示目前該建物耐震能力尚無疑慮。2.簡單計算耐震能力初步評估法:受評估建築物之耐震能力Ac為震區水平加速度係數Z乘以F1到F8之係數值。這些係數考慮的因素包括最新耐震設計規範規定之最小水平橫力、設計使用之最小水平橫力、樑破壞模式、柱圍束箍筋、柱高深比、剪力牆、非結構牆、結構平面、立面、屋齡及現有缺陷等等。其中F1主要係反映建築物之強度,F2、F3及F4係反映建築物之韌性,F5及F6係反映磚牆與剪力牆之效應,F7反映建築物的規則性,F8反映建築物的現有缺陷。ii.詳細評估法:需配合結構分析程式(如ETABS等)先進行地表加速度為0.1g之彈性地震力分析以獲得構件之內力,再據此及各構件之實際尺寸及配筋,評估各構件之破壞模式及其對應之韌性比。在計算每一半樓層柱之剪力強度及韌性比時,同樣也需檢討每一節點之內力平衡,以判斷是柱先破壞或樑先破壞。根據各半層之剪力強度與0.1g彈性地震力分析之層剪力就可算得該層之降伏地表加速度,再乘上結構系統之地震力折減係數就可得該層之耐震能力Ac。-7-2008/8/284.評估程式評估程式評估程式評估程式TSRC1_3配合配合配合配合ETABS6.2版之使用流程版之使用流程版之使用流程版之使用流程(1)純構架系統不含後填剪力牆或斜撐純構架系統不含後填剪力牆或斜撐純構架系統不含後填剪力牆或斜撐純構架系統不含後填剪力牆或斜撐i.D+0.5L+(E=0.1g),執行ETABS6.2之分析結果:【檔案名稱.frm】、【檔案名稱.eko】ii.執行FORETAB產生柱內力檔【檔案名稱.CLL】、梁內力檔【檔案名稱.BMM】、斜撐內力檔【檔案名稱.BRR】及剪力牆內力檔【檔案名稱.WAA】。FORETAB會問由1個或2個檔案讀取內力,選1。iii.準備欲評估建築物之X方向之輸入檔資料。iv.執行TSRC3,進行X向耐震能力之評估,執行後會得到兩個輸出檔【檔案名稱.OU1】及【檔案名稱.OU2】。v.依照前述步驟3及4項進行Y向之耐震能力評估。(2)含後填剪力牆或斜撐含後填剪力牆或斜撐含後填剪力牆或斜撐含後填剪力牆或斜撐i.D+0.5L+(E=0.1g),分兩次執行ETABS6.2進行分析,第1次不含後填剪力牆及斜撐,第2次則包含後填剪力牆及斜撐。分析結果:【檔案名稱1.frm】、【檔案名稱1.eko】及【檔案名稱2.frm】、【檔案名稱2.eko】ii.執行FORETAB產生柱內力檔【檔案名稱.CLL】、梁內力檔【檔案名稱.BMM】、斜撐內力檔【檔案名稱.BRR】及剪力牆內力檔【檔案名稱.WAA】。FORETAB會問由1個或2個檔案讀取內力,選2。iii.準備欲評估建築物之X方向之輸入檔資料。iv.執行TSRC3,進行X向耐震能力之評估,執行後會得到兩個輸出檔【檔案名稱.OU1】及【檔案名稱.OU2】。v.依照前述步驟3及4項進行Y向之耐震能力評估。-8-2008/8/285.評估程式評估程式評估程式評估程式TSRC1_3配合配合配合配合ETABS8.x版之使用流程版之使用流程版之使用流程版之使用流程及範例說明及範例說明及範例說明及範例說明為方便說明,本文以一3跨4層RC純架構建築物為例。1C11C21C11C21C21C21C11C12G12B12B12G22B22B22G22B12B12G12C12C12C22C22C22C22C12C13G13B13B13G23B23B23G23B13B13G13C13C13C23C23C23C23C13C14G14B14B14G24B24B24G24B14G14B14C14C14C24C24C24C14C24C1RG1RB1RB1RG2RB2RB2RG2RB1RB1RG1XYXZYZX1X2X3X4Y1Y22G12G22G22G12B12B22B12B12B22B1XY平面圖-9-2008/8/284C14C24C24C1RB1RB2RB13C13C23C23C14B14B24B12C12C22C22C13B13B23B11C11C21C21C12B12B22B1XZXZ立面圖4C14C1RG13C13C14G12C12C13G11C11C12G1YZYZ立面圖-10-2008/8/28(1)ETABS8.x+ETABSmdb+TSRC1_3RC耐震能力評估步驟說明評估的步驟如下:i.建立ETABS8.xModel,如下圖AEX1.EDB。輸入靜載重、活載重及地震力。Modal分析之週期可輸入到Model.xls算C值。求得之ZC=0.1C輸入ETABSusercoefficient算地震力。地震力之名稱須與評估用
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